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特許7572106埋込バックプレーンを有するファンアウト発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス基板、照明システム及び製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】埋込バックプレーンを有するファンアウト発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス基板、照明システム及び製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20241016BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20241016BHJP
H01L 33/64 20100101ALI20241016BHJP
F21V 19/00 20060101ALI20241016BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20241016BHJP
G09F 9/33 20060101ALI20241016BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20241016BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 C
H01L33/62
H01L33/64
F21V19/00 150
F21V19/00 170
G09F9/00 346A
G09F9/33
F21Y115:10
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021557935
(86)(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-07
(86)【国際出願番号】 US2020025378
(87)【国際公開番号】W WO2020205581
(87)【国際公開日】2020-10-08
【審査請求日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】62/826,612
(32)【優先日】2019-03-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/831,384
(32)【優先日】2020-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500507009
【氏名又は名称】ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ヒン，ツェ－ヤン
(72)【発明者】
【氏名】シュエ，チン
【審査官】清水 稔
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３５３８２７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４０７４５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００６４３２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３１６５６５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／３６
Ｈ０１Ｌ ３３／６２
Ｈ０１Ｌ ３３／６４
Ｆ２１Ｖ １９／００
Ｇ０９Ｆ ９／００
Ｇ０９Ｆ ９／３３
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板内に第１のキャビティを形成し、前記第１のキャビティ内にバックプレーンを配置し、
前記基板及び前記バックプレーンの上に誘電体材料の少なくとも１つの層を形成し、
前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層内に第２のキャビティを形成して、前記バックプレーンの表面の少なくとも一部を露出させ、
前記第２のキャビティ内に、前記バックプレーンの前記表面の前記少なくとも一部と接触させて熱伝達プレートを配置する、
ことを有する方法。
【請求項2】
前記第１のキャビティ内に前記バックプレーンを配置することに先立って、前記基板をテープ上に配置する、ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のキャビティ内に前記バックプレーンを配置することは更に、前記バックプレーンを前記テープに結合することを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記基板の少なくとも１つの表面をめっきする、ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記基板は複数のビアを有し、前記めっきすることは更に、前記ビアの内面をめっきすることを有する、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記基板及び前記バックプレーンの上に前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層を形成することは更に、前記基板の第１の表面及び前記バックプレーンの第１の表面の上に前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層を形成することを有する、請求項４に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の表面とは反対側の前記基板及び前記バックプレーンの第２の表面の上に、前記誘電体材料の少なくとも１つの更なる層を形成する、ことを更に有する請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記誘電体材料内に少なくとも１つのビアを形成し、前記めっきの少なくとも一部を露出させる、ことを更に有する請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つのビアを導電材料で充填する、ことを更に有する請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記誘電体材料の外面上で前記少なくとも１つのビアの上に少なくとも１つの導電パッドを形成する、ことを更に有する請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層内に複数のビアを形成し、該複数のビアを導電材料で充填して、前記バックプレーンに電気的に結合された導電構造のアレイを形成する、ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記導電構造のうちの少なくとも一部に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを電気的に結合する、ことを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記複数のビア上に複数の導電パッドを形成する、ことを更に有する請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記複数の導電パッド上に複数の金属ピラーを形成する、ことを更に有する請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記複数の金属ピラー上に複数のはんだバンプを形成する、ことを更に有する請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
ＬＥＤアレイを前記複数の金属ピラー上の前記複数のはんだバンプとアライメントする、ことを更に有する請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
少なくとも前記はんだバンプに熱を加えて前記はんだバンプをリフローさせ、前記ＬＥＤアレイ内の個々のエミッタを前記複数のはんだバンプの個々のはんだバンプに電気的に結合する、ことを更に有する請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記基板内に少なくとも１つの他の第１のキャビティを形成し、前記基板の前記少なくとも１つの他の第１のキャビティ内に少なくとも１つの他のバックプレーンを配置し、
前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層内に少なくとも１つの他の第２のキャビティを形成して、前記少なくとも１つの他のバックプレーンの表面の少なくとも一部を露出させ、
前記少なくとも１つの他の第２のキャビティ内に、前記少なくとも１つの他のバックプレーンの前記表面の前記少なくとも一部と接触させて、少なくとも１つの他の熱伝導材料を配置する、
ことを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項19】
前記誘電体材料の前記少なくとも１つの層内に少なくとも１つの他の複数のビアを形成し、該複数のビアを導電材料で充填して、前記少なくとも１つの他のバックプレーンに電気的に結合された、導電構造の少なくとも１つの他のアレイを形成し、前記少なくとも１つの他のバックプレーンに電気的に結合された、導電構造の前記少なくとも１つの他のアレイに、少なくとも１つの他のＬＥＤアレイを電気的に結合する、
ことを更に有する請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記基板をダイシングして複数のＬＥＤ照明システムを形成する、ことを更に有する請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１９年３月２９日に出願された米国仮出願第６２／８２６，６１２号、２０１８年３月２日に出願された欧州特許出願第１８１５９７４７．７号、及び２０２０年３月２６日に出願された米国特許出願第１６／８３１，３８４号の利益を主張するものであり、それら双方をあたかも完全に記載されているかのように援用する。
【背景技術】
【0002】
精密制御照明用途は、小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムの生産及び製造を必要とし得る。そのようなシステムのいっそう小さいサイズは、非従来的なコンポーネント及び製造プロセスを必要とし得る。
【発明の概要】
【0003】
製造方法が記述される。一方法は、基板内に第１のキャビティを形成し、該第１のキャビティ内にバックプレーンを配置することを含む。基板及びバックプレーンの上に誘電体材料の少なくとも１つの層が形成される。誘電体材料の上記少なくとも１つの層内に、バックプレーンの表面の少なくとも一部を露出させるように第２のキャビティが形成される。第２のキャビティ内に、バックプレーンの表面の上記少なくとも一部と接触させて熱伝導材料が配置される。
【図面の簡単な説明】
【0004】
添付の図面とともに例として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が得られることになる。
【図1】ＬＥＤアレイ例の上面図である。
【図2】複数のＬＥＤアレイを含むパネル例の断面図である。
【図3】回路基板に結合された個片化されたＬＥＤアレイアセンブリを含むＬＥＤ照明システム例の断面図である。
【図4】ＬＥＤ照明システムが取り付けられ得る回路基板例のブロック図である。
【図5】ＬＥＤ照明システムが組み込まれ得る無線装置例のブロック図である。
【図6】無線装置例の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【0005】
以下、添付の図面を参照して、複数の異なる光照明システム及び／又は発光ダイオード（“ＬＥＤ”）実装の例がいっそう十分に説明される。これらの例は、相互に排他的なものではなく、更なる実装を達成するために、１つの例に見られる特徴を、１つ以上の他の例に見られる特徴と組み合わせることができる。従って、理解されることには、添付の図面に示される例は、単に例示の目的で提供されており、それらは決して本開示を限定することを意図していない。全体を通して、同様の要素は似通った符号で参照する。
【0006】
理解されることには、様々な要素を記述するために、ここでは第１、第２、第３などの用語が使用されることがあるが、それらの要素はこれらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用され得る。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と称されてもよく、第２の要素が第１の要素と称されてもよい。ここで使用されるとき、用語“及び／又は”は、関連して列挙されるアイテムのうちの１つ以上のアイテムの任意の及び全ての組み合わせを含み得る。
【0007】
理解されることには、例えば層、領域、又は基板などの要素が他の要素の“上に”ある又は“上へと”延在するとして言及されるとき、それが直に他の要素の上にある又は直にその上へと延在してもよいし、あるいは、介在する要素も存在してもよい。対照的に、或る要素が他の要素の“直上に”ある又は“直に上へと”延在するとして言及されるときには、介在する要素は存在しないとし得る。これまた理解されることには、或る要素が他の要素に“接続される”又は“結合される”として言及されるとき、それは直に他の要素に接続又は結合されてもよいし、及び／又は、１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続又は結合されてもよい。対照的に、或る要素が他の要素に“直に接続される”又は“直に結合される”として言及されるときには、その要素と他の要素との間に介在する要素は存在しない。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きの要素を包含することが意図される。
【0008】
ここでは、図に示されるときの、１つの要素、層又は領域と別の要素、層又は領域との関係を記述するために、例えば“下方”、“上方”、“上側”、“下側”、“水平”又は“鉛直”などの相対的な用語が使用されることがある。理解されることには、これらの用語は、図に描かれる向きに加えて、異なる向きのデバイスを包含することが意図される。
【0009】
また、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイ、電気コンポーネント、及び／又は電子コンポーネントが、１つの、２つの、それともそれより多くのエレクトロニクス基板上に収容されるのかは、設計上の制約及び／又は用途にも依存し得る。
【0010】
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、半導体発光デバイス（ＬＥＤ）、又は例えば紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）の光出力を放つデバイスなどの光出力放射デバイスがある。これらのデバイス（以下、“ＬＥＤ”）は、発光ダイオード、共振器型発光ダイオード、垂直共振器レーザダイオード、端面発光レーザ、又はこれらに類するものを含み得る。ＬＥＤは、例えば、それらの小型さ及びより低い電力要求により、数多くの様々な用途にとっての魅力的な候補であり得る。例えば、それらは、カメラ及び携帯電話などの手持ち式の電池駆動装置用の光源（例えば、フラッシュ光及びカメラフラッシュ）として使用され得る。それらはまた、例えば、自動車照明、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街路灯、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家庭、店舗、オフィス及びスタジオの照明、劇場／舞台の照明、及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明のために使用され、ディスプレイ用のバックライトとして使用され、また、ＩＲ分光法に使用され得る。単一のＬＥＤでは白熱光源よりも明るくない光を提供することになり、従って、もっと明るいことが望まれる又は必要とされる用途では、マルチジャンクションデバイス又はＬＥＤのアレイ（例えば、モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなど）が使用され得る。
【0011】
図１は、一例のＬＥＤアレイ１０２の上面図である。図１に示す例において、ＬＥＤアレイ１０２は、エミッタ１２０のアレイである。ＬＥＤアレイは、例えばＬＥＤアレイエミッタの精密な制御を必要とするものなどの用途に使用されることがある。ＬＥＤアレイ１０２内のエミッタ１２０は、個々にアドレス指定可能であったり、あるいはグループ／サブセットでアドレス指定可能であったりし得る。
【0012】
ＬＥＤアレイ１０２の３×３部分の拡大図も図１に示している。３×３拡大図に示すように、ＬＥＤアレイ１０２は、各々が幅ｗ１を有する複数のエミッタ１２０を含み得る。実施形態において、幅ｗ１は約１００μｍ以下（例えば、３０μｍ）とし得る。エミッタ１２０間のレーン１２２は幅がｗ２の広さとし得る。実施形態において、幅ｗ２は約２０μｍ以下（例えば、５μｍ）とし得る。レーン１２２は、隣接し合うエミッタ間にエアギャップを提供してもよいし、他の材料を含んでもよい。１つのエミッタ１２０の中心から隣接するエミッタ１２０の中心までの距離ｄ１は、約１２０μｍ以下（例えば、３０μｍ）とし得る。理解されることには、ここで提供される幅及び距離は単なる例であり、実際の幅及び／又は寸法は様々であり得る。
【0013】
理解されることには、図１には対称なマトリクスに配置された正方形のエミッタが示されているが、ここに記載される実施形態には任意の形状及び配置のエミッタが適用され得る。例えば、図１のＬＥＤアレイ１０２は、例えば２０×１００マトリクス、対称マトリクス、非対称マトリクス、又はこれらに類するものなど、任意の適用可能な配置で２０，０００個を超えるエミッタを含み得る。これまた理解されることには、ここに記載される実施形態を実装するために、複数組のエミッタ、マトリクス、及び／又は基板が任意の形態で配置されてもよい。
【0014】
上述のように、例えばＬＥＤアレイ１０２などのＬＥＤアレイは、微細なピッチ及びライン間隔を持つエミッタを含み得る。例えばこれなどのＬＥＤアレイは、マイクロＬＥＤアレイ又は単にマイクロＬＥＤと称されることがある。マイクロＬＥＤは、基板上に設けられた個々のエミッタのアレイを含むことができ、あるいは、それらエミッタを形成する複数のセグメントに分割された単一のシリコンウエハ又はダイであることができる。後者のタイプのマイクロＬＥＤは、モノリシックＬＥＤと称され得る。そのようなアレイは、特に各ＬＥＤ又はエミッタが別々にアドレス可能である場合に、個々のＬＥＤ又はエミッタとＬＥＤ照明システム内の回路基板及び／又は他のコンポーネントとの間で信頼性ある相互接続を行うことに関して難題を突き付け得る。さらに、そのようなアレイは、例えば６０ワット以上など、それらに電力供給するためにかなりの電力を必要とし、それ故に、動作中にかなりの熱を放ち得る。従って、そのようなアレイでは、微細なライン空間及び微細間隔のエミッタの個別アドレス可能性を供するとともに十分な放熱を提供することができる構造が必要とされる。
【0015】
ここに記載される実施形態は、ＬＥＤ照明システム、複数のＬＥＤアレイを含むパネル、及び微細なライン空間を有するＬＥＤアレイの製造方法を提供し得るとともに、そのようなＬＥＤアレイの要求を満たすのに十分な放熱を提供し得る。そのようなＬＥＤアレイ及びＬＥＤ照明システムは、例えばカメラフラッシュ用途を含む様々な用途で使用され得る。
【0016】
図２は、複数のＬＥＤアレイを含む一例のパネル２００の断面図である。図２に示す例において、パネル２００は、基板２１２と、２つのＬＥＤアレイアセンブリ２０２及び２０４とを含んでいる。基板２１２は、頂面２１０及び底面２１４を持ち、例えば有機材料などの任意の好適な回路基板材料から形成され得る。実施形態において、基板２１２は、例えばコア材料、ラミネート材料、誘電体、ソルダーマスク、及び導電材料などの複数の異なる材料から形成され得る。２つのＬＥＤアレイアセンブリ２０２及び２０４は各々、基板２１２に埋め込まれたバックプレーン２２０、複数の第１の導電構造２２６、複数の第２の導電構造２２８、２２９、熱伝導体２３０、ＬＥＤアレイ２４０、アンダーフィル材料２４４、及び波長変換構造２４２を含み得る。バックプレーン２２０は、頂面２２２及び底面２２４を持ち得る。ＬＥＤアレイ２４０は、例えば図１に関して上述したものなどのマイクロＬＥＤとし得る。
【0017】
実施形態において、ＬＥＤアレイアセンブリ２０２及び２０４の各々について、第１の導電構造２２６は、バックプレーン２２０の頂面から基板２１２を貫いて延在し、基板２１２の頂面２１０より上まで延在する。一部の実施形態において、第１の導電構造２２６は、基板２１２の頂面２１０より上まで延在しなくてもよく、基板２１２の頂面２１０で、又はそれより下で停止してもよい。一部の実施形態において、第１の導電構造２２６は、異なる導電構造の組み合わせを含んでもよい。例えば、第１の導電構造２２６は、バックプレーン２２０と基板２１２の頂面２１０との間を延在する導電ビアを含み得る。それら導電ビア上に、導電ピラーが配置されて、（例えば、それら導電ビアの上の金属パッドを介して）それら導電ビアに電気的に結合され得る。それらピラー上に、はんだバンプが形成され、リフローされて、各々がＬＥＤアレイ内のＬＥＤ又はエミッタに結合され得る。一部の実施形態において、第１の導電構造２１６のうちのサブセットが、ＬＥＤアレイに電気的に結合されてもよい。図２では、２つの第１の導電構造２２６が各バックプレーン２２０に結合されて示されているが、第１の導電構造２２６のアレイが、各バックプレーン２２０に結合されてもよく、また、対応するＬＥＤアレイ２２４と同様のライン間隔を有してもよい。
【0018】
図２には示していないが、当業者には理解されることになるように、ＬＥＤアレイ２４０の各々は、例えば、表面トレース、ビア、又はバックプレーン２２０の中若しくは上の他のメタライゼーションを介した、第１の導電構造２２６と第２の導電構造２２８、２２９との間の電気接続によってなどで、対応する第２の導電構造２２８、２２９に電気的に結合されてもよい。これは、パネル２００が個々のＬＥＤアレイアセンブリ２０２及び２０４にダイシングされて、回路基板上にマウントされたり、それ以外で他の外部アセンブリに電気的に結合されたりしたときに、ＬＥＤアレイ２４０内の個々のＬＥＤ又はエミッタがドライバ及び／又は他の回路によって個別に駆動されることを可能にし得る。実施形態において、バックプレーン２２０は、非有機材料から形成され得るものであるインターポーザ基板とし得る。実施形態において、バックプレーン２２０は、基板２１２がバックプレーン２２０を全ての面で完全に取り囲むように、基板２１２に完全に埋め込まれ得る。バックプレーン２２０は、例えば、有機材料、無機材料、シリコン材料又はガラス材料を含め、多数の異なる材料のいずれかから形成され得る。
【0019】
図２に示す例において、第２の導電体２２８、２２９は、バックプレーン２２０の頂面２２２と基板２１０の底面２１４との間の電気接続を提供している。導電構造２２８は、例えば、基板２１０内の導電ビアとし得る。一部の実施形態において、導電構造２２８は、マイクロビア、ワイヤ、金属ピラー、はんだカラム、又は他の導電構造であってもよい。導電構造２２９は、例えば、バックプレーン２２０から導電構造２２８まで水平方向に延在してそれらの間に電気接続を提供する電気トレースとし得る。理解されることになるように、例えば、ファンイン、ファンアウト、直線状及びカーブ状の水平レイアウトを含め、様々なタイプ及び構成の電気トレースが使用され得る。導電構造２２８、２２９は、例えば、銅、銀、アルミニウム、金などの金属、又は金属合金、又は導電性ポリマー組成物、グラフェン、又は導電性セラミックを含め、多様な導電材料から形成され得る。
【0020】
熱伝導体２３０は、例えば銅、アルミニウム、又は他の金属材料などの、良好な熱伝達特性を有する任意のタイプの熱材料の構造とし得る。熱伝導体２３０は、金属スラグ又は他の剛性の熱伝達プレートとし得る。熱伝導体２３０は、基板２１０の底面２１４内のキャビティ内に配置され、バックプレーン２２０に熱的に結合され得る。図２に示す例において、熱伝導体２３０は、バックプレーン２２０と接触する頂面と、基板２１２の底面２１４と同一平面にある底面とを有している。しかしながら、実施形態において、熱伝導体２３０の底面は、基板２１２の底面２１４に対して、実質的に同一平面にあってもよいし、凹所化されてもよいし、あるいは、基板２１２の底面２１４より下まで延在してもよい。パネル２００がダイシングされ、個々のＬＥＤアレイアセンブリ２０２又は２０４が回路基板上にマウントされるとき、熱伝導体２３０は、対応する熱板又は他のヒートシンクデバイス若しくは材料に結合されることができ、それにより、例えば図１に関して上述したような、ＬＥＤアレイに必要な放熱量が提供され得る。
【0021】
波長変換構造２４２は、ＬＥＤアレイ２４０の各々の上に配置され得る。実施形態において、波長変換構造２４２は、少なくとも１つの蛍光体材料又は量子ドット又は色素を含有する成形材料又はセラミック材料などの蛍光体材料とし得る。波長変換構造２４２は、選択された波長変換材料を用いて所望の波長変換特性を提供するための任意の好適な厚さとし得る。ＬＥＤアレイが、１つ以上の波長変換材料と組み合わされて、オン状態にあるときに白色光又は他の色の単色光を作り出し得る。オン状態にあるＬＥＤによって放たれる光の全て又は一部のみが、波長変換構造２４２によって変換され得る。そうである必要があるわけではないが、未変換の光が、ＬＥＤアレイアセンブリ２０２、２０４から放射される光の最終スペクトルの一部となり得る。例として、波長変換構造２４２を備えたＬＥＤアレイアセンブリ２０２、２０４は、黄色発光蛍光体材料又は緑色発光及び赤色発光蛍光体材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ又はエミッタであるか、あるいはそれを含むか、であることができる。他の例として、波長変換構造２４２を備えたＬＥＤアレイアセンブリ２０２、２０４は、青色発光及び黄色発光蛍光体材料又は青色発光、緑色発光及び赤色発光蛍光体材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤ又はエミッタ発光体であるか、あるいはそれを含むか、であることができる。
【0022】
アンダーフィル材料２４４は、さもなければ露出されることになる電気及び／又は電子コンポーネント並びに導電要素に対する保護を提供することができ、且つ／或いは基板２１２の頂面２１０へのＬＥＤアレイ２４４の機械的結合を提供又は支援することができる。実施形態において、アンダーフィル材料は、ポリマーバインダーとすることができ、基板２１０の頂面２１２より上に突出する第１の導電構造２２６の部分を取り囲むことができる。
【0023】
例えば図２のＬＥＤアレイアセンブリ２０２、２０４などのＬＥＤアレイアセンブリは、例えば光アブソーバ、リフレクタ、他の光学コーティング、又は電気絶縁材料などの更なる要素（図示せず）を含み得る。実施形態において、ＬＥＤアレイアセンブリは、例えば有機、無機、又は有機／無機の組み合わせのバインダ又はフィラー材料などの、光学的及び電気絶縁材料を含み得る。例えば、アンダーフィル２４４を提供するために、接着剤、エポキシ、アクリレート又はニトロセルロースが、セラミック粒子と共に使用され得る。他の有機／無機バインダ、フィラー又は側壁は、例えば、埋め込まれた反射性酸化チタン又は他の反射性散乱粒子を有するエポキシであってもよい。無機バインダは、ゾル－ゲル（例えば、ＴＥＯＳ又はＭＴＭＳのゾル－ゲル）又は水ガラスとしても知られる液体ガラス（例えば、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウム）を含み得る。実施形態において、バインダは、物理特性を調整するフィラーを含み得る。フィラーは、光学的又は熱的な性能を改善することが可能な、無機ナノ粒子、シリカ、ガラス粒子若しくは繊維、又は他の材料を含み得る。
【0024】
実施形態において、各ＬＥＤ若しくはエミッタ、又は付随する波長変換構造に対して、マイクロレンズ、又は例えばリフレクタ、散乱素子若しくはアブソーバなどの他の一次若しくは二次光学素子が結合されたり位置付けられたりし得る。加えて、あるいは代わりに、ＬＥＤアレイ全体の上に一次光学系が位置付けられてもよく、それは、直接的に取り付けられてもよいし、あるいは好適なパッケージングにてＬＥＤアレイから距離を置いて実装されてもよい。具体的な用途に対し、必要に応じて、保護層、透明層、熱的な層、又は他のパッケージング構造が使用されてもよい。
【0025】
図３は、回路基板３００に結合された個片化されたＬＥＤアレイアセンブリ２０２を含むＬＥＤ照明システム例の断面図である。図３に示す例において、基板２１２の底面２１４は、回路基板３００の頂面に隣接して配置されている。回路基板は、複数の導電パッド３０２を有し得る。図３に示す例において、回路基板３００上の導電パッド３０２は、第２の導電構造２２９にはんだ付けされ、あるいはその他の方法で電気的に結合される。基板２１２内の熱伝導構造２３０も、回路基板上の熱伝導パッド３０４にはんだ付けされ、それに接触して配置され、あるいはその他の方法で熱的に結合され得る。熱伝導構造２３０と回路基板３００との間の直接的な接触及び／又は接合は、さもなければ例えばＬＥＤアレイ２４０からの光放射を阻止してしまい得るＬＥＤ照明システムの上の（又は他の場所の）追加の放熱構造の必要なしに、ヒートシンク目的のためのＬＥＤアセンブリ２０２から回路基板３００への効率的な熱伝達を可能にする。回路基板３００は、具体的な用途で使用される、より大きいシステムの一部とし得る（図４、５及び６に関して例を後述する）。第２の導電構造２２９は第１の導電構造２２６と電気的に結合されているので、ＬＥＤアレイ２０２は、回路基板３００上の回路を介してＬＥＤアレイ２０２に電力供給し、それからの光放射を駆動又はその他の方法で制御するために、回路基板３００に電気的に結合されることができる。
【0026】
上述のように、例えばＬＥＤアレイ２０２、２０４などのＬＥＤアレイは、アドレス可能なアセンブリとすることができ、粒度の細かい配向の強度、空間、及び時間制御からの恩恵を受ける用途をサポートし得る。これは、以下に限られないが、ピクセルブロック又は個々のピクセルからの放射光の精密な空間パターン形成を含み得る。用途に応じて、放射光は、スペクトル的に異なってもよく、経時的に適応的であってもよく、及び／又は環境応答性であってもよい。ＬＥＤアレイは、様々な強度、空間又は時間パターンで、予めプログラムされた配向を提供してもよい。放射光は、受信されたセンサデータに少なくとも部分的に基づいてもよく、また、光無線通信に使用されてもよい。付随する光学系がピクセルレベル、ピクセルブロックレベル、又はデバイスレベルにおいて異なってもよい。一例のＬＥＤアレイは、共通の光学系が付随した、共通制御される高密度ピクセルの中央ブロックを有するデバイスを含むことができ、一方、エッジピクセルは個々の光学系を有してもよい。ＬＥＤアレイによってサポートされる一般的な用途は、カメラフラッシュ、自動車ヘッドライト、建築及びエリア照明、街路照明、並びに情報ディスプレイを含み得る。
【0027】
図４は、例えばＬＥＤアレイアセンブリ２０２、２０４などのＬＥＤアレイアセンブリの取付けのためのＬＥＤデバイス取付け領域４１８を含む回路基板３００の一例の上面図である。図４に示す例において、回路基板３００は、基板上に、電力モジュール４１２と、センサモジュール４１４と、接続及び制御モジュール４１８とを含んでいる。
【0028】
センサモジュール４１４は、ＬＥＤアレイが実装されることになる用途に必要なセンサを含み得る。センサ例は、光学センサ（例えば、ＩＲセンサ及びイメージセンサ）、運動センサ、熱センサ、メカニカルセンサ、近接センサ、又はさらにはタイマを含み得る。例として、街路照明、一般照明、及び園芸照明用途におけるＬＥＤは、例えば検出されたユーザの存在、検出された周囲照明条件、検出された気象条件などの複数の異なるセンサ入力に基づいて、又は昼／夜の時間に基づいて、ターンオフ／オンされ及び／又は調整され得る。これは、例えば、光出力の強度、光出力の形状、光出力の色を調節すること、及び／又はエネルギーを節約するために光をターンオン又はオフすることを含み得る。ＡＲ／ＶＲ用途では、ユーザの動きを検出するために運動センサが使用され得る。運動センサ自体が、例えばＩＲ検出器ＬＥＤなどのＬＥＤであってもよい。他の一例として、カメラフラッシュ用途では、フラッシュ照明の色、強度照明パターン、及び／又は形状が最適に較正され得るように、イメージセンサ及び／又は他の光学センサ若しくはピクセルを使用して、キャプチャされるシーンの照明を測定し得る。代わりの実施形態では、回路基板３００はセンサモジュールを含まない。
【0029】
接続及び制御モジュール４１６は、システムマイクロコントローラと、外部装置から制御入力を受信するように構成された任意のタイプの有線又は無線モジュールとを含み得る。例として、無線モジュールは、ブルートゥース（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ、Ｚ－ｗａｖｅ、メッシュ、ＷｉＦｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、及び／又はピア・ツー・ピアモジュールを含み得る。マイクロコントローラは、ＬＥＤ照明システムに組み込まれた任意のタイプの特殊目的コンピュータ又はプロセッサであって、上記有線又は無線モジュール、又はＬＥＤ照明システム内の他のモジュール、装置若しくはシステムからの入力（例えば、センサデータ、及びＬＥＤデバイス取付け領域４１８に取り付けられたＬＥＤアレイからフィードバックされるデータなど）を受信し、それに基づいて他のモジュールに制御信号を提供するように構成された又は構成可能なものとし得る。特殊目的プロセッサによって実装されるアルゴリズムは、特殊目的プロセッサによる実行のために非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体に組み込まれたコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにて実装され得る。非一時的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体の例は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、及び半導体メモリデバイスを含む。メモリは、マイクロコントローラの一部として含められてもよいし、回路基板３００上又は回路基板３００外のいずれかの、別の場所に実装されてもよい。
【0030】
モジュールという用語は、ここで使用されるとき、１つ以上の回路基板３００にはんだ付けされ得る個々の回路基板上に配置された電気及び／又は電子コンポーネントを指し得る。しかしながら、モジュールという用語はまた、同様の機能を提供するが同一の領域又は異なる領域の１つ以上の回路基板に個別にはんだ付けされ得る電気及び／又は電子コンポーネントも指し得る。図４では回路基板３００が特定のモジュールを有するものとして示されているが、これらは単に図示及び例示のためのものである。当業者が認識することには、回路基板は用途に応じて任意数及び多様な異なるモジュールを含み得る。
【0031】
上述のように、例えば図３に示したものなどのＬＥＤ照明システムは、幾つもの異なる用途で使用されることができ、特に、密に詰められたＬＥＤアレイ及び／又は個別アドレス可能なＬＥＤデバイス若しくはエミッタが望ましいとし得るフラッシュ用途で有用であり得る。図５及び６は、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムを組み込み得るアプリケーションシステム例の図である。図５及び６に示す例はＬＥＤフラッシュ用途向けであるが、当業者が理解することには、例えばここに記載されるものなどのＬＥＤアレイアセンブリは数多くの異なる用途に使用されることができる。
【0032】
モバイル装置用のカメラフラッシュ用途にはＬＥＤアレイがよく適し得る。典型的に、画像キャプチャを支援するために、高輝度ＬＥＤからの強くて短い閃光が使用され得る。残念ながら、従来のＬＥＤフラッシュでは、光の多くが、既に十分に照られている領域又はそれ以外の理由で照明される必要のない領域を照らすことで無駄にされる。発光ピクセルアレイの使用は、決定された時間量にわたるシーンの部分ごとの制御された照明を提供し得る。これは、カメラフラッシュが、例えば、ローリングシャッターキャプチャの間に撮像される領域のみを照明することを可能にし、キャプチャされる画像の信号対雑音比を最小化するとともに人物又はターゲット被写体の上又はそれにまたがる影を最小化する照明でさえ提供することを可能にし、及び／又は影を際立たせる高コントラスト照明を提供することを可能にし得る。ＬＥＤアレイのエミッタがスペクトル的に異なる場合、所望の色調又は色の暖かさを提供するように、フラッシュ照明の色温度が動的に調節され得る。
【0033】
図５は、一例の無線装置５００の図である。図５に示す例において、無線装置５００は、プロセッサ５１２、トランシーバ５０２、アンテナ５０４、スピーカ／マイクロフォン５０６、キーパッド５０８、ディスプレイ／タッチパッド５１０、メモリ５１６、電源５１８、及びカメラ５１４を含んでいる。
【0034】
プロセッサ５１２は、汎用プロセッサ、特殊目的プロセッサ、従来からのプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰコアに付随した１つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路、集積回路（ＩＣ）、状態マシン、及びこれらに類するものとし得る。プロセッサ５１２は、スピーカ／マイクロフォン５０６、キーパッド５０８、ディスプレイ／タッチパッド５１０、及び／又はカメラ５１４に結合されることができ、また、これらからユーザ入力データを受信することができる。プロセッサ５１２はまた、ユーザデータを、スピーカ／マイクロフォン５０６、キーパッド５０８、ディスプレイ／タッチパッド５１０、及び／又はカメラ５１４に出力し得る。さらに、プロセッサ５１２は、例えばメモリ５１６などの任意のタイプの好適なメモリからの情報にアクセスすることができ、また、その中にデータを格納することができる。プロセッサ５１２は、電源５１８から電力を受け取ることができ、無線装置５００内の他のコンポーネントに対して電力を分配及び／又は制御するように構成されることができる。
【0035】
プロセッサ５１２はまた、カメラ５１４に結合され得る。実施形態において、カメラ５１４は、例えば、イメージセンサ、読出し回路、フラッシュモジュール、及び／又は任意の他の必要回路若しくはカメラ５１４を動作させるために必要な制御具を含み得る。実施形態において、フラッシュモジュールは、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などのＬＥＤ照明システムと、ドライバ、１つ以上のセンサ、及び／又はフラッシュを動作させるために必要な任意の他の回路又は制御具とを含み得る。
【0036】
図６は、カメラ５１４の更なる詳細を示す無線装置６００の背面図である。図６に示す例において、無線装置６００は、ケーシング６２０及びカメラ５１４を含んでいる。カメラ５１４はレンズ６４０を含んでおり、それを介してカメラのイメージセンサ（図６には示さず）がシーンの像をキャプチャし得る。カメラモジュール５１４はまた、例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などの１つ以上のＬＥＤ照明システムの一部とし得るものである１つ以上のＬＥＤアレイを含むことができるフラッシュ６５０を含み得る。
【0037】
図７は、例えば図２のパネル２００及び／又は図３のＬＥＤ照明システム３００などの、ＬＥＤアレイのパネル及び／又はＬＥＤ照明システムを製造する方法７００の一例のフロー図である。図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ、８Ｇ、８Ｈ、８Ｉ、８Ｊ及び８Ｋは、製造方法の様々な段階におけるＬＥＤアレイのパネルの断面図である。
【0038】
図７に示す一例の方法７００において、基板内にキャビティが形成される（７０２）。図８Ａは、基板８０２の断面図８００Ａである。基板８０２は、その中に形成されたビア８０３と、基板８０２の頂面及び底面の一部の上及びビア８０３内に形成されたメタライゼーション８０４とを有している。メタライゼーション８０４は、図２の第２の導電構造２２８、２２９の少なくとも一部を形成する。図８Ｂは、その中にキャビティ８０６が形成された基板８０２の断面図８００Ｂである。この断面図では、基板８０６を完全に２つの断片に分離しているように開口部が示されているが、キャビティは、基板中を部分的に通って形成されてもよいし、あるいは、基板を完全に貫いて形成されるが全ての側面を基板８０２の少なくとも一部によって取り囲まれたビア又は他の開口部であってもよい。
【0039】
戻って図７を参照するに、基板のキャビティ内にバックプレーンが配置され得る（７０４）。図８Ｃ及び８Ｄは、バックプレーンの配置における異なる時点での基板の断面図８００Ｃ及び８００Ｄである。図８Ｃにて、テープ８０８又は他の一時的構造が、基板８０２の上に配置され、メタライゼーション８０４の頂面８１０に接着され又はその他の方法で結合される。図８Ｄにて、バックプレーン８１２がキャビティ８０６内に配置され、テープ又は他の一時的構造８０８に接着され又はその他の方法で結合される。
【0040】
戻って図７を参照するに、基板及びバックプレーンの上に誘電体材料の少なくとも１つの層が形成され得る（７０６）。図８Ｅ及び８Ｆは、誘電体材料の少なくとも１つの層の形成中の様々な時点での基板の断面図８００Ｅ及び８００Ｆである。図８Ｅは、バックプレーン８１２及び基板８０２の他方の面が依然としてテープ又は他の一時的構造８０８上にありながら、バックプレーン８１２及び基板８０２の一方の面の上に形成された誘電体材料８１４を示す断面図である。図８Ｅに示される例において、誘電体材料８１４はまた、別の材料で充たされていない基板８０２内の全ての空所及びビアを充填している。図８Ｆにて、テープ又は他の一時的構造８０８が除去され、そして、テープ又は他の一時的構造８０８の除去によって露出された基板８０２及びバックプレーン８１２の面上に、誘電体材料８１４の少なくとも１つの他の層が形成される。実施形態において、誘電体材料は、例えばポリイミドなどのポリマー誘電体材料とし得る。
【0041】
誘電体材料８１４のこの少なくとも１つの層は、１つ以上の再配線層（ＲＤＬ）とし得る。ＲＤＬ層の数は、ＬＥＤアレイパネルが実装される具体的な用途に依存し得る。図２のパネル２００に対して、基板８０２が、誘電体材料８１４の少なくとも一部と共に、バックプレーン２２０が埋め込まれた図２の基板２１２を形成し得る。換言すれば、基板２１２にバックプレーン２２０を埋め込む１つの方法は、例えば基板８０２などの基板内にキャビティを形成し、その後、誘電体材料の少なくとも１つの層と一緒になった基板の中にバックプレーンが埋め込まれるように、基板及びバックプレーンの上に誘電体の１つ以上の層を形成することを含み得る。
【0042】
戻って図７を参照するに、誘電体材料の少なくとも１つの層内にキャビティが形成され、バックプレーンの表面の少なくとも一部を露出させ得る（７０８）。誘電体材料の少なくとも１つの層内に熱伝導材料が配置される（７１０）。戻って図８Ｆを参照するに、誘電体材料８１４内にキャビティが形成され、該キャビティ内に熱伝導材料８１８が配置されている。
【0043】
図８Ｇは、パネルの断面図８００Ｇである。図８Ｇでは、図８Ｆのアセンブリ全体がひっくり返されており、もはや誘電体材料８１４の頂面となったものの中にビアが形成され、バックプレーン８１２の表面を露出させている。これらのビアは、導電材料で充填されるかライニングされるかすることができ、導電パッド８１６が誘電体材料８１４の外面上に形成され得る。導電材料を有するビア（及びオプションでパッド）は、例えば、図２の第１の導電構造２２６を形成し得る。もはや誘電体材料８１４の底面となったものの中に、他のビア及びオプションで導電パッド８１６が形成され得る。これらは、メタライゼーション８０４に電気的に結合されることができ、基板２１２の底面まで延在するものである図２の第２の導電構造２２８、２２９の一部となることができる。図８Ｇには示していないが、誘電体材料８１４の底面に形成されたビア／パッド８１６のこれらの部分及びメタライゼーション８０４は、図２に関して上で説明したように、バックプレーン８１２内又は上のトレース及び／又はビアによって、又はメタライゼーション８０４の他の部分若しくはビアをライニング若しくは充填する導電材料によって、誘電体材料８１４の頂面に形成されたビア／パッド８１６に電気的に結合されることができる。これは、上述のように、第１の導電構造２２６と第２の導電構造２２８、２２９との間の電気的結合を提供することができる。図８Ｇにはバックプレーン８１２の頂面から延在するビア／パッド８１６が３つのみ示されているが、密集したビア／パッドのアレイが存在することができ、それらが、ＬＥＤアレイ内の個々のＬＥＤ又はエミッタに電気的に結合され得る。
【0044】
図８Ｈ、８Ｉ、８Ｊ、及び８Ｋは、当該方法の様々な更なる段階におけるパネルの例８００Ｈ、８００Ｉ、８００Ｊ、及び８００Ｋの図である。図８Ｈにて、誘電体材料８１４の頂面及び底面の特定の部分上にソルダーマスク又は他のパッシベーション材料８２０が形成され得る。図８Ｉにて、図８Ｇの導電パッド８１６上に、例えば銅ピラーなどの導電ピラー８２２が形成され得る。図８Ｊにて、導電ピラー８２２上に、例えばはんだバンプ又ははんだボールなどのはんだ材料８２４が形成され得る。図８Ｋにて、はんだ材料８２２の上にＬＥＤアレイ８２６が配置され又はその他の方法で置かれ得る。アセンブリ８００Ｋ全体を加熱することができ、はんだ材料８２２がリフローし、従って、ＬＥＤアレイ８２６をピラー８２２に電気的且つ機械的に結合し得る。ピラー８２２は、ＬＥＤアレイ８２６内の個々のＬＥＤ又はエミッタに結合されてもよい。図示していないが、以下を含む後続の処理工程、すなわち、アンダーフィルを形成すること、ＬＥＤアレイ８２６の上に波長変換構造を形成すること（例えば、蛍光体インテグレーション）、基板の薄化又はレーザリフトオフ（例えば、ＬＥＤアレイ８２６の成長基板又は他の一時的基板の薄化又は除去）、及び／又は例えば図３のＬＥＤ照明システム３００などの複数のＬＥＤ照明システムへとパネルをダイシングすること、を含む後続の処理工程が行われ得る。
【0045】
実施形態において、波長変換構造は、電圧を印加して、少なくとも１つの蛍光体材料を含有する材料を電気泳動堆積させることによって形成され得る。印加電圧持続時間を変化させることは、堆積される材料の量及び厚さを対応して変化させ得る。あるいは、ＬＥＤは、例えば、有機バインダを用いて蛍光体粒子をＬＥＤアレイに接着させることにより、蛍光体含有材料でコーティングされてもよい。蛍光体含有材料は、ディスペンスされ、スクリーン印刷され、スプレー塗布され、成形され、又はラミネートされてもよい。あるいは、特定の用途では、少なくとも１つの蛍光体材料を含有するガラス、及び／又は蛍光体材料を含有するプリフォームされた焼結セラミックが、ＬＥＤアレイに結合されてもよい。
【0046】
上述の図は、特定の相対サイズを持った、熱伝導材料、ＬＥＤアレイ及びバックプレーンを示しているが、当業者が認識することには、これらの素子のサイズは様々とし得る。例えば、バックプレーンは、対応するＬＥＤアレイより大きくても小さくてもよく、熱伝導材料は、バックプレーンより大きくても小さくてもよい。これらの素子の各々のサイズは、例えば、性能及びコストの最適化に依存し得る。
【0047】
実施形態を詳細に説明してきたが、当業者が理解することには、ここに記載された実施形態には、本明細書を所与として、発明概念の精神から逸脱することなく、変更が為され得る。従って、発明の範囲が、図示して記述した特定の実施形態に限定されるという意図はない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図8I】
【図8J】
【図8K】